(57)【要約】【課題】磁気特性に優れた異方性希土類薄板磁石を提供すると共に、該異方性希土類薄板磁石を安定してかつ安価に製造できる製造方法を提供する。【解決手段】（１）希土類磁石粉末を成形型１により磁場中で圧縮成形して予備成形体２を製作し、（２）別途用意した延性金属からなるチューブ３に予備成形体２を装入した後、（３）前記チューブ３の両端部を溶接して、このチューブ３内に予備成形体２を封入する。その後、（４）予備成形体２を封入したチューブ３を磁場中で圧延ロール５に複数パス通して薄板６に成形し、さらに、（５）前記薄板６から製品形状の磁石体７を採取する。また、所望により磁石体７に曲げ等の加工を加え、あるいは磁石体７から表面の金属層を剥離し、必要により着磁して製品化する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類磁石粉末を延性金属からなるチューブに封入したものを、磁場中にて圧延加工して薄板に成形し、前記薄板から所定形状の磁石体を切出したことを特徴とする異方性希土類薄板磁石。
【請求項２】
希土類磁石粉末を圧縮成形した予備成形体をチューブに封入したことを特徴とする請求項１に記載の異方性希土類薄板磁石。
【請求項３】
希土類磁石粉末を磁場中にて圧縮成形したことを特徴とする請求項２に記載の異方性希土類薄板磁石。
【請求項４】
圧延加工された薄板内部の磁石層の厚みが１ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の異方性希土類薄板磁石。
【請求項５】
磁石体に二次加工を加えたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の異方性希土類薄板磁石。
【請求項６】
磁石体に、熱処理を施したことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の異方性希土類薄板磁石。
【請求項７】
磁石体の表面から金属層を剥離したことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の異方性希土類薄板磁石。
【請求項８】
希土類磁石粉末として、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系希土類磁石粉末、Ｓｍ−Ｃｏ系希土類磁石粉末のうちの少なくとも１種を用いたことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の異方性希土類薄板磁石。
【請求項９】
希土類磁石粉末を延性金属からなるチューブに封入した後、これを磁場中にて圧延加工して薄板に成形し、前記薄板から所定形状の磁石体を切出すことを特徴とする異方性希土類薄板磁石の製造方法。
【請求項１０】
希土類磁石粉末を圧縮成形して予備成形体とし、該予備成形体をチューブに封入することを特徴とする請求項９に記載の異方性希土類薄板磁石の製造方法。
【請求項１１】
希土類磁石粉末を磁場中にて圧縮成形することを特徴とする請求項１０に記載の異方性希土類薄板磁石の製造方法。
【請求項１２】
内部の磁石層の厚みが１ｍｍ未満になるように圧延加工することを特徴とする請求項９乃至１１の何れか１項に記載の異方性希土類薄板磁石の製造方法。
【請求項１３】
磁石体に二次加工を加えることを特徴とする請求項９乃至１２の何れか１項に記載の異方性希土類薄板磁石の製造方法。
【請求項１４】
磁石体に、熱処理を施すことを特徴とする請求項９乃至１３の何れか１項に記載の異方性希土類薄板磁石の製造方法。
【請求項１５】
磁石体の表面から金属層を剥離することを特徴とする請求項９乃至１４の何れか１項に記載の異方性希土類薄板磁石の製造方法。
【請求項１６】
希土類磁石粉末として、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系希土類磁石粉末、Ｓｍ−Ｃｏ系希土類磁石粉末のうちの少なくとも１種を用いることを特徴とする請求項９乃至１５の何れか１項に記載の異方性希土類薄板磁石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄板形状の希土類磁石、特に異方性希土類薄板磁石およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やデジタルカメラにみられるように、携帯機器に対する小型化、高性能化、軽量化の進展には著しいものがあり、これらに使用される小型モータに関しても、さらなる小型化、高性能化の要求が強まっている。小型で高性能（例えば、高トルク）なモータを製作しようとする場合は、当然のことながら、小型、薄型で、かつ強力な永久磁石が必要となる。
【０００３】
ところで、モータ等の回転機やリニアアクチュエータには、Ｓｒフェライト、Ｂａフェライトなどの酸化物系磁石とＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系、Ｓｍ−Ｃｏ系などの希土類金属系磁石が主に用いられていた。これらのうち、酸化物系磁石は安価であるが、磁気特性のひとつである最大エネルギー積は、例えば、Ｓｒフェライト焼結磁石で３５kJ/m3程度と、あまり高くない。これに対し、希土類金属系磁石いわゆる希土類磁石は、材料そのものが高価であるものの、最大エネルギー積が著しく高くなっており、例えば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石で４００kJ/m3程度である。中でも、Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂを主相とするＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石は、Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂ結晶粒とその粒界内に存在する相（Ｎｄリッチ相、あるいはＢリッチ相）が微細構造を形成するため、高い保磁力が得られるとされており、前記した最大エネルギー積が高いことと相俟って、小型モータへの適用に大きな期待が寄せられている。
【０００４】
一方、永久磁石は、その結晶学上の磁化容易軸に起因する磁気的配向に着目すると、等方性磁石と異方性磁石とに分けられる。等方性磁石は、結晶の向きがそろっておらず（つまり配向されておらず）、任意の方向に着磁可能であることから、製造が容易である利点を有している。これに対し、異方性磁石は、成形段階で磁化容易軸をそろえる（つまり配向させる）必要があることに加え、磁化容易方向にＮ極とＳ極とがそろうように着磁する必要があり、等方性磁石よりも製造が困難である。しかし、異方性磁石は、磁化容易軸がそろっているため、最大エネルギー積、残留磁束密度、保磁力等の磁気特性に優れており、したがって、上記した希土類磁石を異方性とすることで、上記小型モータへの適用性がさらに高まるものと期待される。なお、異方性磁石は、一般に磁場中で成形することにより製造される（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
そして従来、希土類磁石を薄板化する方法としては、焼結バルク体を切削（スライス）および研削加工するのが一般的であった（例えば、特許文献２参照）。また、薄板磁石を得る他の方法としては、例えば、特許文献３に記載されるように、円筒状の容器に磁石材料を充填した後、これを圧延加工して薄板を成形し、この薄板を打ち抜いて導電性リングを作製する方法があった。
【特許文献１】特開平０７−１６１５１２号公報
【特許文献２】特開２００３−１６３１２９号公報
【特許文献３】特開平０７−１４５８２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、焼結バルク体を切断および研削する方法によれば、上記したＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石特有の微細構造が破壊されてしまうため、保磁力の大幅な低下を引き起こす虞れがあった。特に、厚さが１.０mm未満の薄板磁石を作製する場合は、破壊された微細構造の占める比率が増すため、磁気特性の大幅な劣化が避けられないようになる。また、上記特許文献２に記載される方法によれば、一旦磁石材料を溶解してインゴット化し、このインゴットを円筒状容器に充填して圧延するようにしているため、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石特有の微細構造を形成させることは困難で、同様に磁気特性の劣化が避けられないようになる。また、磁石材料の溶解に多くのエネルギーを必要とするため、製造コストの上昇も避けられない。
【０００７】
なお、スパッタリング法やレーザーアブレーション法などの薄膜作製技術を用いて薄板磁石を製造する方法もあるが、これらの方法で製造できる磁石の厚みは、せいぜい十数μｍ（スパッタリング法）乃至数百μｍ（レーザーアブレーション法）であり、モータ等への適用は、工業的に困難である。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、磁気特性に優れた異方性希土類薄板磁石を提供し、併せて該異方性希土類薄板磁石を安定してかつ安価に製造できる製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明に係る異方性希土類薄板磁石およびその製造方法は、希土類磁石粉末を延性金属からなるチューブに封入した後、これを磁場中にて圧延加工して薄板に成形し、前記薄板から所定形状の磁石体を切出すことを特徴とする。このように構成した異方性希土類薄板磁石およびその製造方法においては、希土類磁石の粉末を出発原料として圧延し薄板化するので、結晶の微細構造が維持されるばかりか、溶解のためのエネルギーも不要となる。しかも、磁場中にて圧延加工することで、簡単に異方性磁石とすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の異方性希土類薄板磁石によれば、結晶の微細構造が維持されるので、磁気特性に著しく優れたものとなる。また、薄板からの切出し形状、磁石体に加える二次加工、表面の金属層の剥離などにより種々の形状、形態で提供できるので、様々な用途に広範に利用できる。また、本発明に係る製造方法によれば、前記磁気特性に優れかつ適用範囲の広い異方性希土類薄板磁石を安定してかつ安価に製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本願発明に係る異方性希土類薄板磁石およびその製造方法について、添付図面も参照しながら説明する。
【００１２】
図１は、本製造方法の概要の工程を示したものである。本製造方法の実施に際しては、予め、（１）希土類磁石粉末を、成形型１を用いて磁場中にて圧縮成形して予備成形体２を作製し、（２）この予備成形体２を、別途用意した延性金属からなるチューブ３に装入し、続いて、（３）前記チューブ３の両端部を溶接（溶接部４）して、チューブ３内に予備成形体２を封入する。その後は、（４）前記予備成形体２を封入したチューブ３を、磁場中で圧延機の圧延ロール５に通して薄板６を成形し、この薄板６を脱磁処理した後、（５）薄板６から製品形状の磁石体７を切出す。
【００１３】
上記のようにして得られた磁石体７は、図２に示すように金属層Ａ−磁石層Ｂ−金属層Ａの三層構造となっており、最終的に着磁して製品化される。セグメント磁石として製品化する場合は、例えば、図３に示すように前記磁石体７に曲げ加工を加えて、湾曲状のセグメント８とし、その後に着磁する。また、本発明は、図４に示すように前記磁石体７またはセグメント８から表面の金属層Ａを剥離して、磁石層Ｂのみで製品化してもよく、この場合は、金属層Ａを剥離した後に着磁する。本発明はさらに、所望により前記磁石体７またはセグメント８に熱処理を施してもよい。なお、薄板６を圧延した後、脱磁処理するのは、その後の取扱いを容易にすると共に、ゴミ等の付着を防止するためであり、場合によっては、脱磁を省略してもよい。脱磁を省略する場合は、最終の着磁をしなくてもよい。
【００１４】
ここで、希土類磁石粉末として用いられる希土類磁石の材質は、Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂを主相とするＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石であっても、ＳｍＦe12Ｎxを主相とするＳｍ−Ｆe−Ｎ系磁石またはＳｍ2Ｃo17を主相とするＳｍ−Ｃｏ系磁石であってもよく、本発明は、これらの磁石粉末の少なくとも１種を用いることができる。また、希土類磁石粉末の粒径は、次の三つの理由から、平均粒径５０μｍ以下とするのが望ましい。一つ目の理由は、磁石の保磁力は構造敏感な特性で、これを大きくするためには、均一で微細な結晶組織が必要である。二つ目の理由は、あまり大きな粗大粒の場合、圧延加工中に粉砕されて、磁石特性が劣化してしまうためである。三つ目の理由は、大きな粗大粒があると、これによって圧延加工中に、延性金属層が突き破られる虞れがあるためである。
【００１５】
本実施形態においては、上記したように、予め希土類磁石粉末を磁場中で圧縮成形して予備成形体２を作製するが、このときの磁場の形成は、図１に示されるように成形型１を構成するダイ１ａ内に埋設した配向コイルＣに通電して行うことができる。圧縮成形は、ダイ１ａと下ポンチ１ｂとにより囲まれた成形空間に希土類磁石粉末を充填した後、前記配向コイルＣに通電して希土類磁石粉末を磁場配向させ、その後、上ポンチ１ｃを下降させて行う。本実施形態において、このような予備成形体２を用いるのは、チューブ３に対する磁石粉末の充填効率を上げるためであり、この場合の予備成形体２の相対密度は５０％を超える程度とすれば十分である。なお、本発明は、チューブ３に磁石粉末を直接充填するようにしてもよいことはもちろんで、この場合は、チューブ３を配向コイルで囲んで、チューブ３内に磁場を形成すればよい。
【００１６】
上記チューブ３として使用する延性金属は、特にその種類は問わないが、純度が高いほど延性に富み、かつ、内部の希土類磁石粉末と反応する不純物が少ないので、純金属または純金属に近いものを選択するのが望ましい。また、コスト的に安価であることも望ましく、これらの条件を満たすものとしては純鉄がある。ところで、上記した磁石体７あるいはセグメント８の状態（三層構造の状態）で製品化する場合、延性金属からなる表面の金属層Ａは内部の磁石層Ｂの保護膜として機能するが、腐食環境下で使用される場合は、その耐食性が問題となる。したがって、用途によっては、前記チューブ３用の金属としては、延性に富むことに加え、耐食性に優れていることが要求される。このような要求を満足する金属としては、例えば、純モリブデン、純タンタル等がある。
【００１７】
予備成形体２をチューブ３に装入するに際しては、磁石粉末の酸化を防ぐために、窒素ガス雰囲気で行うのが望ましい。また、予備成形体２が封入されたチューブ３を完全に閉じてしまうと、後の圧延に際してガスによりチューブ３が破裂してしまう危険があるので、チューブ３にはガス抜き孔を設けるのが望ましい。このガス抜き孔は、予めチューブ３に形成しても、チューブ３の両端部を溶接した後に形成してもよい。また、チューブ３の両端部の溶接を断続的に行って、非溶接部をガス抜きに利用してもよい。
【００１８】
上記した圧延ロール５による圧延を磁場中で行うには、図１に示されるように、圧延ラインに沿って配向コイルＣを配設し、この配向コイルＣの中に薄板６を通過させるようにする。これにより、圧延方向に対して磁化容易軸が配向され、圧延後の薄板６の内部の磁石層Ｂは、異方性希土類磁石となる。この場合、磁場の強さは、得られた異方性希土類磁石の磁気特性、特に保磁力に応じて該保磁力の１.５倍を目安にする。本実施形態において、前記配向コイルＣは、図示のようにロール５の両側に配置してもよいが、ロール５の手前側のみ配置してもよい。ロール５の両側に配向コイルＣを配置した場合は、より効率よく圧延方向に磁化容易軸を配向することができる。
【００１９】
上記した圧延ロール５による圧延は、内部の磁石層Ｂが所定の厚さ（例えば、１ｍｍ未満）になるまで繰り返し行う。この場合の圧延は、冷間で行っても温間で行ってもよいが、目的とする厚さが薄くて加工度が増える場合は、温間で行うのが望ましい。ただし、温間で圧延を行う場合は、配向コイルＣを適当に冷却する必要がある。また、この温間圧延の温度は、磁石の結晶粒の粒成長が促進されるような高温域ではなく、これよりも低い温度域をさす。磁石の種類によって、この粒成長が促進される温度は異なるため、適切に選択する必要がある。この圧延により、表面の金属の薄肉化と内部の磁石粉末の圧密化が進むが、この圧延中、内部の磁石粉末は金属層により被覆されているので、磁石粉末が酸化して劣化することはない。また、圧延により内部の磁石層に加えられる加工歪は表面の金属層にて緩和され、これにより各結晶の微細構造が破壊される虞れがなくなる。
【００２０】
このようにして三層構造の薄板６が得られるが、この薄板６から磁石体７を切出す方法は任意であり、切断刃による切断加工を利用しても、プレスによる打抜き加工を利用してもよい。また、切出す磁石体７の形状も任意であり、使用目的に応じて円形、角形、リング形状等とすることができる。
【００２１】
本発明は、所望により上記磁石体７に曲げ加工（二次加工）を加えて、セグメント８（図３）とするが、その二次加工においては、表面の金属層Ａによって内部の磁石層Ｂが補強されているので、該磁石層Ｂが崩壊することはない。ただし、あまり強い加工を加えると、内部の磁石層Ｂが崩壊してしまうので、軽度の加工に留める必要がある。本発明はまた、所望により前記磁石体７またはセグメント８から金属層Ａを剥離して製品化するが、この剥離は比較的容易に行うことができる。ただし、この剥離をより容易にするため、予め前記チューブ３の内面に潤滑剤を薄く塗布するようにしてもよい。この場合の潤滑剤は、内部の希土類磁石に対して活性化反応を起こさないものであれば任意であり、例えばステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛等を選択することができる。
【００２２】
本発明はさらに、所望により磁石体７またはセグメント８に熱処理を施すが、その目的は、磁石層Ｂの密度および機械強度を上げることにある。この場合の熱処理は、真空中または不活性ガス中で行うのが望ましい。また、このときの熱処理温度は、磁石の結晶粒の粒成長が促進されるような高温域は避け、これよりも低い温度とする必要がある。前記したように磁石の種類によって、この粒成長が促進される温度は異なるため、適切に選択する必要がある。
【００２３】
本発明に係る異方性希土類薄板磁石は、上記のようにして得られた磁石体７．セグメント８、磁石層Ｂ等に対し、最終的に着磁して製品として完成するが、上記したように圧延によって結晶の微細構造が破壊されることがないので、製品化後の磁気特性、特に保磁力は十分となる。また、希土類磁石粉末を出発原料としているので、溶解のためのエネルギーも不要となり、製造コストが低減する。しかも、得られた磁石体７は、軽度の塑性加工を加えても内部の磁石層が破壊することがないので、セグメント磁石としての利用も可能になると共に、表面の金属層を剥離して磁石層単体としての利用も可能になり、その利用価値は大なるものがある。
【実施例１】
【００２４】
Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂを主相とするＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末を無磁場で圧縮成形し、直径２０ｍｍ、高さ１６０ｍｍの大きさで、かつ相対密度が８５％の予備成形体を得た。一方、外形２２ｍｍ、内径２０ｍｍ、長さ２００ｍｍの大きさの軟鋼製チューブを用意し、このチューブ内に、窒素ガス雰囲気中で前記予備成形体を装入し、さらにチューブの両端部を溶接した。また、チューブの両端部を溶接した後、該チューブにガス抜き孔を形成した。そして、この準備完了後、磁石粉末の予備成形体が封入されたチューブを、ロール径が２００ｍｍの圧延ロールによって、３ＭＡ／ｍの磁場中で繰り返し冷間圧延し、薄板を成形した。このときの圧下率は２０％とし、厚さが０.６３ｍｍになるまで２６パス圧延した。そして、この圧延後、前記薄板を打ち抜いて、３ｍｍ四方の磁石体を作製し、これを本発明試料１とした。
【００２５】
また、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末を、３ＭＡ／ｍの磁場中で圧縮成形する以外は、本発明試料１と同じ条件で磁石体を作製し、これを本発明試料２とした。また、本発明試料１の磁石体から表面の金属層を剥離して、厚さ０.５ｍｍの金属層を取出し、これを本発明試料３とした。また、本発明試料１の磁石体に真空中、５００℃にて１時間保持する熱処理を施し、これを本発明試料４とした。また、この本発明試料４の磁石体から表面の金属層を剥離して、厚さ０.５ｍｍの金属層を取出し、これを本発明試料５とした。また、本発明試料２（磁場中圧縮成形）の磁石体に真空中、５００℃にて１時間保持する熱処理を施した後、表面の金属層を剥離して、厚さ０.５ｍｍの金属層を取出し、これを本発明試料６とした。なお、比較のため、通常の焼結法にて作製した焼結バルク体（ＢＨｍａｘ３０５ｋＪ／ｍ3）から３ｍｍ四方で厚さが０.５ｍｍの薄片を切断し、これを比較試料１とした。
【００２６】
そして、上記のように作製した各試料について、Ｂ−Ｈカーブトレーサにて磁気特性を測定した。結果を表1に示す。ただし、表面の金属層を剥離しない本発明試料１、２および４については、表面の金属層を除いた磁石層のみの特性を示してある。表１から明らかなように、本発明試料１乃至６は、いずれも従来の切断加工（スライス加工）によって作製された比較試料１と比べて、最大エネルギー積（ＢＨ）max、残留磁束密度Ｂｒ、保磁力ｉＨｃ共に優れた値が得られている。
【００２７】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る異方性希土類薄板磁石の製造方法の概略の工程を示す模式図である。
【図２】本製造方法で得られた磁石体の内部構造を示す模式図である。
【図３】磁石体を加工して得られたセグメントの形状を模式的に示す斜視図である。
【図４】磁石体から表面の金属層を剥離する実施形態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    成形型
２    希土類磁石粉末の予備成形体
３    延性金属のチューブ
５    圧延ロール
６    圧延後の薄板
７    薄板から採取した磁石体
８    磁石体を加工して得られたセグメント
Ａ    金属層
Ｂ    磁石層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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